專利名稱：纖維產品的回收的制作方法
技術領域：
本發明涉及回收纖維產品即印刷紙產品的方法。本發明特別涉及回收纖維產品的方法，所述方法涉及將纖維產品進行機械處理以分離纖維，從其中除去油墨(通常稱為“脫墨”)以及回收纖維。
背景技術：
目前，紙產品的回收是重要的工業。最初，回收紙產品，特別是盒和板工業的紙產品不需要脫墨。后來的發展是脫墨的廢紙作為用于制備新聞紙的纖維來源的用途，但是現在能夠將某些廢紙產品脫墨并用于高質量的紙，例如薄紙、繪圖紙和寫字紙。普通的紙回收方法是浮選脫墨方法，其中將廢紙進行機械制漿以在水性介質將紙破壞成纖維，并且浮選技術用來除去油墨。為了除去油墨，存在通常被稱作捕收劑化學品的化學試劑或組合物，并且將空氣引入浮選室的底部。在捕收劑化學品的存在下，空氣將油墨運送到水性介質的表面。在表面，通過機械方法除去富集油墨的泡沫。在協助將油墨運送到表面并在表面將油墨收集到穩定的泡沫中，捕收劑化學品是基本的組分。因此，捕收劑化學品必須當然引起油墨粒子的有效吸收并形成可控制的穩定泡沫，但是應當記住還有其它需要。例如，如果是固體，其將容易溶解；如果是液體，其將容易搬運；其必須是安全的；其使用便宜；容易運輸等。此外，對于方法的有效操作，相信泡沫水平是重要的。過多的泡沫將對纖維回收起反作用。期望小的密實的泡沫來協助泡沫的機械除去，同時從浮選池的表面收集油墨。堿金屬的脂肪酸皂，例如鈉皂或鉀皂，被廣泛用作捕收劑化學品。這種皂被認為在使用中轉化成了鈣鹽和鎂鹽，其為泡沫形式并且是疏水的，由此收集疏水的油墨。然而，通常不期望泡沫太高并且難以控制。紙回收的另一方法是洗滌脫墨方法，其中將基本上制漿和分離的紙產品洗滌，而不采用氣體來運送油墨粒子至表面。相反，例如通過排水步驟除去水性介質時，將從紙產品除去的油墨萃取。存在捕收劑化學品以有助于從紙產品中除去油墨。通常，洗滌脫墨方法采用若干稀釋、洗滌和水除去和/或漂洗的循環。還采用涉及浮選脫墨和洗滌脫墨的紙回收的兩種方法。對于改進紙回收的方法總是存在需要，同時合適地通過以下一種或多種方面來檢測改進回收紙的更高白度；提高的纖維回收；在浮選脫墨方法中泡沫的更低高度和/或更好的控制；以及降低的廢液的環境影響和/或在處理前減少的(或沒有)其所需的清理。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供從紙產品除去油墨的方法，其包括提供水性介質，所述水性介質含有源自紙產品的分離的紙纖維，并且還含有捕收劑化學組合物，其特征在于， 所述捕收劑化學組合物包含聚硅氧烷和所述聚硅氧烷的遞送助劑，所述遞送助劑包含選自脂肪酸成分的堿金屬鹽、脂肪酸成分的含氮鹽和水溶脹性聚合物中的一種或多種化合物。
優選地，捕收劑化學組合物為分散在水性介質中的水性組合物。優選地，捕收劑化學品為水性乳液，優選水包油乳液。或者，捕收劑化學組合物可為在第一方面的方法之前或期間可溶于水或分散在水中的固體。當除去油墨的方法是浮選脫墨法時，由捕收劑化學組合物產生的疏水部分浮至表面，當疏水油墨粒子上升時收集它們。認為并且優選地，遞送助劑和聚硅氧烷形成水中乳液，并且將所得到的捕收劑化學組合物分散遍及洗滌液。在脫墨方法中，認為遞送助劑在洗滌液中釋放聚硅氧烷。例如，當遞送助劑為脂肪酸鹽(本文中也被稱為皂)時，認為脂肪酸鹽在洗滌液中與硬陽離子 (通常為Ca2+、Mg2+)進行漸進的離子交換導致聚硅氧烷-脂肪酸鹽乳液的破裂。在水溶性聚合物的情況下，認為粘度和濃度的降低引起了聚硅氧烷的可控方式的釋放。在每種情況下，認為聚硅氧烷以漸進的方式作為良好分散被釋放。這與疏水表面非常相適應，并且附著和涂覆至油墨粒子。由于聚硅氧烷高度疏水，這提高了油墨粒子的疏水性，反過來增加了油墨粒子從水和疏水紙纖維中上升的趨勢。此外，在脂肪酸鹽的情況下，鈣/鎂皂形成它們特有的開放的浮渣般的泡沫，這有助于在浮選池的表面收集疏水油墨粒子，在那里收集負載油墨的泡沫。認為在進行本發明中，事實上所有的聚硅氧烷與油墨一起被除去。這對環境是期望的并且代表了與某些早期方法的重要對比，所述早期方法其中提出將含硅的表面活性劑作為添加劑以有助于該方法，這樣的表面活性劑以高比例留在洗滌液中。此外，后來的方法導致在將正確量的捕收劑化學組合物添加入水性介質中的困難，這是由于將其中作為水性介質的變化的殘留量再生并重新使用。相比之下，在本發明中，隊員每個脫墨操作，能夠加入正確的量。認為類似的機理被應用于其它從紙產品中除去油墨的水性方法。以說明的方式提供前述的解釋并且代表了我們對本發明如何工作的最好觀點。然而，對于本發明如何工作，我們不局限于任何理論。我們的客觀發現是本發明的實施方案在再生紙的白度、回收纖維的水平及洗滌液的環境影響方法提供了益處。在脂肪酸鹽作為遞送助劑的情況下，優選地，聚硅氧烷與遞送助劑的比率為相對于10重量份的遞送助劑，聚硅氧烷為0. 1-50重量份，優選1-40重量份，優選5-30重量份， 優選10-30重量份。在水溶脹性聚合物作為遞送助劑的情況下，聚硅氧烷與遞送助劑的比率為相對于 1重量份的遞送助劑，聚硅氧烷為3-200重量份，優選10-150重量份，優選20-120重量份， 優選25-100重量份。當在本說明書中給定數值定義時，它們涉及各個組分的總補足物。對于其它組分和可能的組分，當然可存在多于一種的聚硅氧烷材料、多于一種的遞送助劑、多于一種的水溶脹性聚合物、多于一種的脂肪酸鹽等。因此，前段定義了總的聚硅氧烷化合物與總的遞送助劑化合物的比率；并且相同的概念應用于本說明書給定的其它數值定義。在本發明的實施方案中，段落隨后涉及在可用作遞送助劑的鹽的制備中所使用的脂肪酸。優選的脂肪酸成分可為C5_28脂肪酸成分或具有等同性質的脂肪酸成分，例如Cich56 二羧基脂肪酸成分，C5_28單羧基脂肪酸成分的有效二聚體。
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優選的脂肪酸成分為C12_22脂肪酸成分或具有等同性質的脂肪酸成分，例如C24_44 二羧基脂肪酸成分，C12_22單羧基脂肪酸成分的有效二聚體。本領域的技術人員將意識到非常寬范圍的脂肪酸成分將用在本發明的方法中。優選地，選擇具有合適的陽離子的脂肪酸成分，其提供作為聚硅氧烷的乳化劑有效的鹽。脂肪酸成分的來源可以是相應的脂肪酸或酯，例如甘油三酯，合適的鹽可以通過皂化直接來自于所述脂肪酸成分。通過皂化制備的甘油可以保留在反應產物中。合適的脂肪酸成分的實例可包括飽和脂肪酸成分、單不飽和脂肪酸成分、二不飽和脂肪酸成分、三不飽和脂肪酸成分、四不飽和脂肪酸成分、分子中具有羥基的脂肪酸成分和環狀脂肪酸成分。本領域的技術人員應理解的是可商購的這種類型的脂肪酸成分通常包含大多數在定義Cy8脂肪酸成分(或等同的脂肪酸成分)內的不同脂肪酸成分的混合物。 這種類型的脂肪酸成分的個體的實例包括以下部分月桂酸酯、肉豆蔻酸酯、棕櫚酸酯、硬脂酸酯、棕櫚油酸酯、油酸酯、亞油酸酯、亞麻酸酯、花生酸酯、花生四烯酸酯和芥酸酯。已經發現C12_18飽和與C18_22不飽和脂肪酸成分的共混物給出了良好的性質；優選地，在每種情況下，基于存在的脂肪酸成分的總重量，30-65wt %的C12_18飽和脂肪酸成分和 35-70wt% C18_22不飽和脂肪酸成分。脂肪酸鹽的制備可簡單通過將所選擇的堿和脂肪酸在非常公知的合適的條件下混合來實現。可以使用堿金屬堿形成脂肪酸成分的鹽；例如它可以是鈉鹽、鉀鹽或鋰鹽。然而， 優選地，使用含氮堿形成，所述含氮堿例如氨、二鏈烷醇胺、三鏈烷醇胺、嗎啉、單烷醇胺或任何其它的胺，所述胺具有充分的堿性以與脂肪酸成分形成穩定的無毒的鹽。混合堿在本發明的范圍內。最優選地，鹽是脂肪酸成分與二鏈烷醇胺的鹽。合適的二鏈烷醇胺具有以下通式R1N(R2OH)2其中R1優選為氫原子或烴基(優選Cp6烷基)；并且每一 R2獨立地為互連烴基(優選Cp6亞烷基特別是亞乙基-CH2-CH2-)。烷基和亞烷基可以是支鏈的，但優選為非支鏈的。 烷醇基團的羥基優選為伯羥基。二鏈烷醇胺優選為二乙醇胺，具有通式H(CH2CH2OH)2，其中R1為氫原子并且每一 R2 為亞乙基。合適的單烷醇胺具有以下通式(R1)2N(R2OH)；以及合適的三鏈烷醇胺具有以下通式N(R2OH)3 ；其中R1和R2如上對二鏈烷醇胺所定義。因此優選的單烷醇胺為單乙醇胺，并且優選的三鏈烷醇胺為三乙醇胺。特別優選的堿包括優選基本上只有或占主要比例的二乙醇胺。例如，可適當地采用包含85wt%的二乙醇胺和15wt%的其它胺的混合物的可商購的組合物。然而，優選地， 當采用二乙醇胺時，二乙醇胺為含氮堿補足物的至少95wt%，優選至少99wt%;并且優選為總堿補足物的至少90wt %，優選至少96wt %。脂肪酸鹽的陽離子和陰離子之間的離子鍵的強度被認為是重要的。如果鍵太強， 鈣交換(以提供鈣/脂肪酸鹽)很慢。弱鍵使動力學和熱力學交換更有利。含氮堿的鹽提供了比堿金屬鹽更弱的鍵，并且認為作為聚硅氧烷的乳化劑是特別有效的，并因此對于本發明的使用，其是特別合適和優選的。堿部分和脂肪酸成分以大約化學計量比例存在，但是優選至少0.95 1摩爾比的堿/羧酸酯反應性基團，最優選至少1 1。以下段落涉及可用作遞送助劑的水溶脹性聚合物。在本發明中可用的水溶脹性聚合物可以以合成聚合物、天然聚合物或生物或化學改性的天然聚合物為基礎。在水性溶液或分散液中產生非常低水平泡沫的聚合物是優選的。某些聚合物可需要用堿中和來產生用于膨脹和乳化的最佳的pH條件，而其它聚合物可來源于預中和條件。通常中和所使用的堿可包括氫氧化物、堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽、氨、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、嗎啉和其它胺。某些聚合物可包括少量的表面活性劑以幫助分散在水中，特別是當它們已經被預中和的。然而，最終制劑中的表面活性劑濃度不足以將聚硅氧烷自身乳化或者干擾浮選方法。某些聚合物將需要加熱來實現聚硅氧烷的乳化，而其它聚合物在環境溫度下進行該任務。某些聚合物將通過簡單混合形成乳液，而其它聚合物將需要高機械能量技術，例如高剪切混合或均化。某些聚合物本身產生令人滿意的乳液，并且某些聚合物可與其它聚合物組合給予協同效應。適于在本發明中使用的水溶脹性聚合物可為合成材料、天然材料或合成改性的天然材料。其可以是樹膠或凝膠。其可以為選自聚丙烯酸酯類、其它羧酸酯聚合物、纖維素或纖維素醚、樹膠或親水膠體和聚乙烯醇的聚合物。關于這種適于在本發明中使用的聚合物的其它信息如下。1)聚丙烯酸酯聚合物，其包括共聚物和交聯聚合物，以及其它相關的羧酸酯聚合物。優選的類型包括丙烯酸或烷基丙烯酸部分，例如甲基丙烯酸或乙基丙烯酸部分， 并且包括具有兩親性質的丙烯酸(諸如甲基丙烯酸或乙基丙烯酸等的烷基丙烯酸)和疏水烷基碳鏈(優選ClO至C30)的共聚物和交聯聚合物，例如以Carbopol商標(Noveon的商標)銷售的那些，特別是 Carbopol 1342、1382、ETD 2020、ETD 2050 和 Ultrez 21。其它優選的材料以Permulen商標(Noveon)銷售，特別是Permulen 1621&1622 ；還有Polygel DR(3V Sigma 的商標)。2)化學或微生物改性的纖維素和纖維素醚，包括以下化合物羧基甲基纖維素羧基乙基纖維素甲基纖維素乙基纖維素
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丙基纖維素羥甲基纖維素羥乙基纖維素羥丙基甲基纖維素微晶纖維素(當與溶脹性聚合物混合時，該材料是特別有用的以改進凝膠性質)微纖纖維素(當與溶脹性聚合物混合時，該材料是特別有用的以改進流變和懸浮液性質)。特別優選的材料是甲基纖維素，例如來自Methocel A系列(源自Amerchol)，以及羥丙基甲基纖維素，例如來自Methocel E、F、J、K和40系列；我們認為特別是HLB范圍在 10至12內的這種材料對于制備聚硅氧烷水包油乳液是理想的。Methocel和Amerchol是 Dow Chemical Co.的商標。3)源自天然來源的聚合物樹膠這些樹膠或親水膠體主要是長鏈、直鏈或支鏈的多聚糖，所述多聚糖含有能夠與水分子結合的羥基。這些鏈通常能夠由約2000至10，000單糖單元組成。樹膠可以是中性的或陰離子性的。不是所有的樹膠都是以多聚糖為基礎的，例如明膠為源自骨膠原的高分子量的多肽。這類樹膠的實例包括阿拉伯膠刺梧桐樹膠黃蓍樹膠茄替膠瓊脂瓜爾膠刺槐豆膠魔芋膠海藻酸鹽(包括Ca、Na、K、NH4和Mg鹽)卡拉膠果膠塔拉膠黃原膠結冷膠拉姆生膠文萊膠普魯蘭糖卡德蘭膠明膠殼聚糖阿拉伯膠紅藻膠
肉桂膠淀粉能夠根據它們的結構或功能來將天然來源的樹膠進行分類，但是大多數通常通過它們的來源進行分組。大多數被認為是天然產物，這取決于它們如何達到它們的最終形式。 廣泛使用的植物滲出物為阿拉伯樹膠，但是黃蓍樹膠、刺梧桐樹膠和茄替膠也落在該類別內。其它的被認為是植物提取物(某些源自海洋植物)，例如瓊脂、海藻酸鹽、卡拉膠、魔芋膠和果膠。瓜爾膠、肉桂膠和刺槐豆膠為種子樹膠。以微生物滲出物制備的微生物多聚糖包括黃原膠、卡德蘭膠、拉姆生膠、文萊膠和結冷膠。對于最佳的性能，許多樹膠具有優選的 PH范圍，并且某些還具有最佳的溫度范圍以給予最好的乳化性質。4)天然來源的其它化學改性的聚合物樹膠和凝膠。實例包括海藻酸丙二醇酯改性的淀粉羥丙基瓜爾膠5)聚乙烯醇通常通過聚乙酸乙酯的水解來制備該材料。合適的級別根據分子量的范圍和水解的程度而變化。也可以應用交聯的級別，例如用硼砂(四硼酸鈉)或硼酸進行硼酸處理的那些。更高分子量，部分水解級是優選的。存在許多商購來源，例如Celvol和 Premiol (Celanese Corporation 的商標)、Mowiol (Kurary Group 的商標)禾口 Elvanol (Du Pont的商標)，所有這些在不同級別的寬范圍內提供。通常，HLB值為8-14，優選10_12的水溶脹性聚合物在本發明的使用中是優選的。適當地，聚硅氧烷為包含多個通式-Si (Ra)2-O-的單元的化合物，其中每一 Ra為氧原子或烴基，優選烴基，例如芳基，特別是苯基，或Ci_12烷基，優選Ch6烷基，優選Ci_4烷基， 優選Π-烷基；特別是甲基。這些單元在2維空間可連接在一起形成直鏈排列，或支鏈，或交聯，或環狀形式，或網狀結構。硅氧烷官能團包括單官能團Rb-Si (Rb)2-O-,其中每一 Rb表示烴基。末端基團。二官能團-Re_Si (Rb)2-Re-,其中每一 Re表示氧原子，并且每一 Rb表示烴基。中間基團，成鏈基團。三官能團-Re-Si(Rb) (Re_)-Re，其中每一 Re表示氧原子，并且每一 Rb表示烴基。中間基團，形成網絡基團。四官能團-Si(-Re-)4，其中每一 Re表示氧原子。中間基團，形成網絡基團。
在本發明所使用的聚硅氧烷中可存在任意這些基團。本發明優選使用一種或多種疏水的不溶于水的聚硅氧烷化合物。本發明可使用選自以下種類的聚硅氧烷化合物1)直鏈或支鏈聚二甲基硅氧烷(在本發明中特別優選的材料)；2)其它直鏈或支鏈的聚二烷基硅氧烷；3)直鏈或支鏈聚二芳基硅氧烷；4)直鏈或支鏈聚烷基芳基硅氧烷；5) 1)至4)的交聯形式以給出2維樹脂型結構(網絡)；6)環狀二烷基、二芳基或烷基芳基硅氧烷；7)末端用烷基、芳基或羥基封端的以上1)至4)中所述的直鏈或支鏈聚硅氧烷。適當地，聚硅氧烷化合物可為液體或膠體，其分子量為優選500-200，000，更優選 3，000-100，000，優選 4，000-50，000，優選 5，000—20，000。優選的聚硅氧烷可適當地為具有以下基團的化合物
權利要求
1.從紙產品中除去油墨的方法，其包括提供水性介質，所述水性介質含有源自紙產品的分離的紙纖維，并且還含有捕收劑化學組合物，其特征在于，所述捕收劑化學組合物包含聚硅氧烷和所述聚硅氧烷的遞送助劑，所述遞送助劑包含選自脂肪酸成分的堿金屬鹽、脂肪酸成分的含氮鹽和水溶脹性聚合物中的一種或多種化合物。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述捕收劑化學組合物為水性乳液。
3.如權利要求1所述的方法，其中以濃縮的形式提供所述捕收劑化學組合物，并且在供應至紙產品或分離的紙纖維時或之前，將其用水稀釋。
4.如前述任一權利要求所述的方法，其中所述捕收劑化學組合物是可流動的或可泵送的。
5.如前述任一權利要求所述的方法，其中所述含氮鹽為二鏈烷醇胺，優選通式 R1N(CH2CH2OH)2的二乙醇胺，其中R1表示氫原子或C^6烷基。
6.如前述任一權利要求所述的方法，其中脂肪酸包含C5_28脂肪酸或Cichk5二羧基脂肪酸。
7.如前述任一權利要求所述的方法，其中所述水溶脹性聚合物為合成材料、天然材料或合成改性的天然材料；并且選自聚丙烯酸酯類、其它羧酸酯類聚合物、纖維素或纖維素醚、樹膠或親水膠體以及聚乙烯醇。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述水溶性聚合物包含丙烯酸酯部分或纖維素部分。
9.如前述任一權利要求所述的方法，其中所述聚硅氧烷合適地為包含多個以直鏈、環狀或網狀形式連接的通式-Si (Ra)2-O-的單元，其中每個Ra獨立地表示烴基或氧原子。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述聚硅氧烷為具有以下基團的化合物
11.如權利要求9或10所述的方法，其中所述聚硅氧烷包括聚二甲基硅氧烷和/或環狀五二甲基硅氧烷，并任選存在聚甲基硅氧烷樹脂。
12.如前述任一權利要求所述的方法，其中當所述遞送助劑為脂肪酸鹽時，所述聚硅氧烷與所述遞送助劑的比率為相對于10重量份的遞送助劑，聚硅氧烷為0. 1-50重量份，優選 1-40重量份，優選5-30重量份，優選10-30重量份。
13.如前述任一權利要求所述的方法，其中當所述遞送助劑為水溶脹性聚合物時，所述聚硅氧烷與所述遞送助劑的比率為相對于1重量份的遞送助劑，聚硅氧烷為3-200重量份， 優選10-150重量份，優選20-120重量份，優選25-100重量份。
14.如前述任一權利要求所述的方法，其中所述捕收劑化學組合物包含疏水性二氧化娃。
15.回收印刷紙產品的方法，其包括將紙產品在水性介質中進行機械處理(制漿)直至基本上破碎成纖維；在機械處理前、在這期間或在這之后將捕收劑化學組合物加入至介質中；將氣體通過含有所述纖維和所述捕收劑化學組合物的水性介質并除去表面上富集油墨的泡沫和/或通過排水和漂洗的連續循環除去油墨；以及回收凈化的紙漿；其特征在于， 所述捕收劑化學組合物為聚硅氧烷和聚硅氧烷的遞送助劑的水性制劑，所述遞送助劑包含選自脂肪酸成分的堿金屬鹽、脂肪酸成分的含氮鹽和水溶脹性聚合物中的一種或多種化合物。
16.如本文所定義的捕收劑化學組合物在紙脫墨方法中用于實現提高油墨去除能力的用途。
17.如權利要求16所述的用途，其中通過以下的任一種或多種方面來表示油墨去除 回收紙的更高白度；提高的纖維回收；在浮選脫墨方法中泡沫的更低高度和/或更好的控制；以及廢液降低的環境影響和/或在處理前減少的或沒有其所需的清理。
18.如前述任一權利要求的方法或用途，作為浮選脫墨方法，其中除去的油墨和泡沫含有至少90wt%的在浮選池中存在的含硅化合物，但是期望沒有或少量的纖維。
19.捕收劑化學組合物，其包含聚硅氧烷和聚硅氧烷的遞送助劑的固體或水性制劑，所述遞送助劑選自脂肪酸成分的堿金屬鹽或含氮鹽和水溶脹性聚合物。
20.方法、捕收劑化學組合物或用途，特別參考實施例基本上如本文所述。
全文摘要
在回收印刷紙的方法中，用來有助于在將紙制漿后除去油墨的捕收劑化學組合物有利地包含聚硅氧烷和聚硅氧烷的遞送助劑的水性乳液，所述遞送助劑包含選自脂肪酸成分的堿金屬鹽、脂肪酸成分的含氮鹽和水溶脹性聚合物中的一種或多種化合物。所述捕收劑化學組合物在低濃度下是有效的，給予了良好的白度增值，低水平的纖維損失和在硅質材料中產生少的出水。
文檔編號D21C5/02GK102209812SQ200980144533
公開日2011年10月5日 申請日期2009年9月23日 優先權日2008年10月17日
發明者羅伊·肯尼斯·泰勒 申請人:斯蒂芬森集團有限公司